我國大型清潔高效發(fā)電設備的發(fā)展狀況

機械工業(yè)信息研究院 何發(fā)

中國是發(fā)電設備制造大國，發(fā)電設備的技術水平和產量都居世界前列。近年來，發(fā)電設備制造業(yè)為電力工業(yè)的節(jié)能減排和國家走低碳經濟之路比較系統(tǒng)地發(fā)展了大型高效清潔發(fā)電設備。

發(fā)電設備的生產情況

隨著中國經濟持續(xù)高速發(fā)展，電力工業(yè)得到了迅速發(fā)展，發(fā)電設備裝機擁有量2008年底為7.9億千瓦，2009年底已近9億千瓦，其中80%為國產機組，裝機容量僅次于美國，居世界第二，而近年年增裝機量高達8000～10000千瓦，居世界第一位。

從1950年中國制造第一臺800千瓦小型發(fā)電機組開始，到2009年累計制造了各種發(fā)電設備9.76億千瓦。從2006年開始，已連續(xù)四年產量超過1億千瓦，占全世界發(fā)電設備產量一半以上；2006～2009年共生產4.92億千瓦，占我國57年來全部產量的50.46%，成為世界發(fā)電設備產量第一大國。

大型發(fā)電設備發(fā)展狀況

（一）大力發(fā)展高效節(jié)能減排大型火電設備，火電機組制造技術已居世界前列

1.超臨界、超超臨界火電機組已成為電力工業(yè)的主力機型

國產超臨界60萬千瓦機組于2004年在河南沁北電廠投入運行，國產超超臨界100萬千瓦機組于2006年在浙江玉環(huán)和山東鄒縣電廠投入運行。兩種機組都已經批量生產，至2009年累計生產了244臺/15703萬千瓦，已占同期全國火電設備產量的45%左右；其中超超臨界機組66臺/5203萬千瓦，超臨界機組178臺/10500萬千瓦。

2006～2009年，我國火電設備制造向大型高效發(fā)展的趨勢十分明顯。60萬千瓦以上機組中，亞超臨界機組不斷減少，高效的超臨界和超超臨界機組不斷增多，而且超超臨界機組又快于超臨界機組的發(fā)展。

表1 2006～2009年中國發(fā)電設備產量

截至2008年底，中國電力工業(yè)已有11臺國產1000MW超超臨界機組投入運行，同期全世界共投產70臺，中國占15.71%，中國電力工業(yè)已經進入了“超超臨界”時代。

據對玉環(huán)電廠1000MW超超臨界機組性能考核試驗，運行性能良好，機組節(jié)能減排效果顯著，機組每度電供電煤耗僅為279克，比2006年電力工業(yè)全國平均煤耗366克節(jié)煤87克，熱效率45%，二氧化硫脫除率達到90%以上，優(yōu)于設計值，這表明我國火電設備的制造技術已進入世界前列。

2.發(fā)展環(huán)保節(jié)能產品循環(huán)流化床鍋爐（簡稱CFB鍋爐）

CFB鍋爐是一種經濟有效的低污染燃煤技術，20世紀80年代得到世界各國重視和迅速發(fā)展，中國從1995年首臺國產50MW CFB投運以來，短短的10余年內完成了從高壓到超高壓CFB鍋爐的發(fā)展過程，2002年以來，自主開發(fā)了100MW、200MW和300MW CFB鍋爐，2006年四川東方電氣集團承接了目前世界上容量最大、參數最高的國家示范工程600MW超臨界CFB鍋爐，項目計劃在2011年投運。中國CFB鍋爐不僅設計制造技術國際領先，而且也是世界產量最多的國家，2006～2009年僅300MW CFB鍋爐即生產了36臺。

3.發(fā)展大型空冷機組

為發(fā)展坑口電站，減少電煤運輸，解決富煤缺水的三北（西北、華北和東北）地區(qū)發(fā)展電力工業(yè)的需要，發(fā)展了大型空冷汽輪機，中國現(xiàn)有2000萬kW左右空冷機組在運行，是全球擁有空冷機組最多的國家。2004年哈爾濱汽輪機公司以大岡電廠為依托工程，自行設計、制造完成亞臨界600MW直接空冷機組，各項指標已達世界先進水平。2009年生產了亞臨界600MW空冷機組11臺，其中哈爾濱、東方和上海三大汽輪機廠分別生產了6臺、3臺和2臺。目前東方電氣集團公司獲得了世界容量最大的靈武電廠項目100萬千瓦機組合同，正在執(zhí)行中。

（二）發(fā)展可再生能源發(fā)電設備，重點是水電設備和風電設備

1.水力發(fā)電設備

水力資源是清潔的可再生能源，我國水力資源豐富，國家非常重視水電設備的發(fā)展。近年來，年產量都在2000萬千瓦以上。

水電設備的技術水平和競爭能力提升很快，國產化率和市場占有率都在持續(xù)提高，目前均在80%左右。

（1）三峽混流式70萬千瓦機組已實現(xiàn)國產化，三峽左岸電廠14臺機組由外商負責合作制造，右岸12臺機組由國內制造8臺，均已投產，運行正常。右岸機組性能和質量達到世界先進水平，重大技術有突破創(chuàng)新：

表2 2004～2009年中國超臨界、超超臨界火電機組生產發(fā)展情況 （單位：臺/萬千瓦）

表3 2006～2009年30萬千瓦循環(huán)流化床鍋爐產量

①水力設計技術達到世界先進水平。轉輪模型最高效率達94.5%以上，消除了高負荷區(qū)域水壓力脈動，提高了穩(wěn)定性。

②發(fā)電機采用定子繞組空冷技術代替內冷技術，冷卻方式取得重大突破。

③發(fā)電機推力軸承承載能力達到5500t，是世界上最大推力軸承（國外最大只有4700t）。

④直徑10m、重500t的水輪機轉輪，是目前世界上最大轉輪，其制造技術國內已完全掌握并優(yōu)于國外。

通過對三峽機組的科技攻關，提升了國內制造企業(yè)的研發(fā)能力和競爭能力。“十一五”期間，自主研發(fā)的大型機組很多，主要有：龍灘電站（水頭179m）7×70萬千瓦機組，構皮灘電站（水頭200m）5×60萬千瓦機組，拉西瓦電站（水頭220m）6×70萬千瓦機組，小灣電站（水頭250m）6×70萬千瓦機組，溪洛渡電站（水頭230m）18×77萬千瓦機組，向家壩電站（水頭114m）10×80萬千瓦機組，等等。

(2)抽水蓄能機組。已投運和在建的32座抽水蓄能電站機組2600萬千瓦，國產的只520萬千瓦，其中只有100萬千瓦為自主設計研發(fā)，市場占有率只有20%。目前正與外企合作生產，加快掌握相關制造技術。

(3)軸流式機組。已實現(xiàn)國產化，國產化率90%，市場占有率90%。

2.風電設備

2005年，國家制定了《可再生能源法》，明確支持風電等新能源發(fā)展的政策，風力發(fā)電設備超高速發(fā)展。2006年尚沒有風電設備產量的完整統(tǒng)計，2007年即生產了230萬千瓦，2008年3937套/546萬千瓦，2009年7551套/1076萬千瓦，同比增長近100%。近年來，我國風電機組技術水平迅速提高。

(1)水平軸風電機組技術為主流機組。此種機型風能轉換效率高，轉軸較短，啟動、停機和變槳較方便。

(2)兆瓦級風電機組已成為主力機型。我國主流機型已經從2006年的0.6～1MW，2008年的0.75～1.5MW，提高到2009年的1.25～2MW；最大風電機組，2008年為2MW，2009年為3MW，目前湘潭電機公司等正在研制5MW海上風電設備。

(3)直驅式、全功率變流技術得到迅速發(fā)展。無齒輪箱的直驅方式能有效地減少由于齒輪箱問題而造成的機組故障，可有效提高系統(tǒng)的可靠性和壽命，減少維修成本。新疆金風科技公司與德國Vensys公司合作研制的1.5MW直驅式風電機組已有200多臺投運，湘潭電機公司研制出的2MW直驅式永磁風電機組，2009年已批量生產298臺。

目前，全國有81家企業(yè)生產整機，重復建設問題比較嚴重，能力已富余較多。2009年產量居前10位的企業(yè)見表5。

（三）發(fā)展循環(huán)經濟用發(fā)電設備

2009年全國共生產了垃圾電站鍋爐12臺/4.5萬千瓦；鋼廠、水泥廠余熱電站鍋爐45臺/175.4萬千瓦。水泥廠余熱利用3萬千瓦及以下汽輪機49臺/29.68萬千瓦（中信重工制造）。

（四）核電設備國產化取得重大進展

核電作為一種清潔、經濟、高效、安全、規(guī)模化的一次能源，受到全世界的重視。在國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃中，已將大型壓水堆和高溫氣冷堆核電站列為國家10個重大專項之一，其中大型先進壓水堆核電站將在消化吸收引進AP100技術的基礎上，通過自主創(chuàng)新形成自主知識產權；高溫氣冷堆將由清華大學聯(lián)合有關單位自主開發(fā)。

自20世紀80年代自主研制第一座核電站——秦山一期30萬千瓦核電站、引進法國設備建設大亞灣2×90萬千瓦核電站以來，我國已運行核電機組11個，總裝機910萬千瓦；正在建設核電機組11個，裝機1100萬千瓦；已核準和擬建設核電機22個，裝機2400萬千瓦。目前，我國已是全世界在建和已定建設核電機組最多的國家。

表4 2006～2009年我國水力發(fā)電設備產量

表5 2009年風電設備產量前10位企業(yè)

核電設備的安全性和可靠性要求極高，在一定程度上代表了裝備制造業(yè)的最高水平。國家十分關注核電設備國產化，提出了“自主設計、自主制造、自主建設、自主運營”的自主發(fā)展核電的重要方針。通過多年努力，已掌握了大多數關鍵設備的設計制造技術，初步形成了具有相當規(guī)模的核電裝備制造體系，除核主泵等少數關鍵設備尚需引進技術外，包括國產化難度很大的大型鑄鍛件，已基本可立足國內提供。

國內裝備制造企業(yè)基本掌握了二代改進型核電站關鍵設備設計制造技術，引進型AP100三代核電站關鍵設備正在消化引進技術或合作制造，逐步掌握設計制造技術。幾種關鍵設備自主化進程情況如下：

反應堆壓力容器。第一重型機械集團已具備批量生產二代改進型壓水堆核電站反應堆壓力容器能力；東方電氣和上海電氣也均已掌握其制造技術。

蒸汽發(fā)生器。東方電氣、上海電氣已掌握二代改進型核電蒸汽發(fā)生器制造技術；哈爾濱鍋爐廠已具備生產二代改進型和三代核電站蒸汽發(fā)生器能力。

核主泵（反應堆冷卻劑泵）。是壓水堆核電站的關鍵設備，技術難度很高。世界上只有美國EMD公司和福斯公司、法國日蒙公司、德國KSB公司、奧地利安德里茨公司、日本三菱公司等少數公司能夠設計制造；而AP100三代核電站主泵與屏蔽泵只有美國EMD公司能夠設計制造，國內已建核電站的主泵均從國外進口。為推進核主泵國產化，國內各公司均采取合資與引進技術方式與國外合作。其中東方電氣與法國阿?，m、上海電氣與德國KSB、哈爾濱電站與奧地利安德里茨合作；另外，沈鼓與哈爾濱電站根據引進AP100三代核電總體安排，聯(lián)合引進美國EMD公司三代主泵和屏蔽電機制造技術，兩公司正處于消化吸收階段。

堆內構件。是核反應堆核心部件之一，制造難度高，上海第一機床廠已具備設計制造能力。

控制棒驅動機構。上海先鋒電機廠已掌握設計制造技術，部件國產化率可達80%。

核級閥門。一座核電站有各種閥門23000多臺，其中一、二、三級閥門12000多臺，可靠性要求高，價值量占核電站設備的10%以上。已安排中核蘇州、大連高壓、江蘇神通等閥門企業(yè)攻關。目前核三級閥門已研制成功，一、二級閥門已部分完成。

數字化控制系統(tǒng)。技術要求高，國產化難度大。廣東核電集團安排北京和利時公司與日本三菱公司合作，中國核工業(yè)集團組建東方控制系統(tǒng)公司、上海728院與上海自動化儀表公司分別依托有關核電項目，正在進行消化引進技術工作。